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导电聚合物-金属纳米复合材料是集金属、有机、纳米粒子等诸多特异性质于一身的新型功能材料,它在电子、光学、催化、电磁屏蔽等领域有着诱人的应用前景。反胶束是各向同性,热力学稳定的透明或半透明胶体分散体系,在这种微环境中进行聚合,可得到纳米级的高分子量、窄粒径分布、大比表面积,链形态规则的聚合物。因此,利用反胶束作为反应介质对于合成开发具有特定性能的导电聚合物-金属复合纳米材料具有极大的应用价值。
本文在反胶束体系中,采用两步法和紫外-可见光辅助一步法制备银/聚苯胺(Ag/PANI)纳米复合材料,并对反胶束的反应机理和银/聚苯胺核壳结构的形成机理进行了初步探讨。利用紫外可见光谱(UV-Vis)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等检测分析手段研究了材料的结构和微观形貌;利用电阻率测试、热重分析(TGA)、循环伏安曲线、交流阻抗曲线和极化曲线等检测手段对材料的电导率、热稳定性及电化学行为进行了研究。
1.采用两步反胶束法合成的Ag/PANI纳米复合材料为聚苯胺包覆纳米银粒子的核壳结构,聚苯胺为翠绿亚胺中间氧化态结构,银粒子为单质银,银与聚苯胺不是简单的混合而是形成了某种相互作用。Ag/PANI纳米复合材料的电导率最高可达68.54S/cm,而PANI为3.1×10-2S/cm,提高了3个数量级。Ag/PANI纳米复合材料的热稳定性与PANI相比具有一定的提高,其起始氧化分解温度为370℃,比PANI提高了30℃。
2.采用紫外-可见光辅助一步反胶束法合成的Ag/PANI纳米复合材料为聚苯胺包覆纳米银粒子的核壳结构。所制备的Ag/PANI复合材料的电导率最大值为95.89S/cm。当水乳比为11时,复合材料粒径在20-30nm之间,而作为核的银纳米粒子为10nm左右。复合材料起始氧化分解温度比PANI提高了25℃,达到375℃。循环伏安测试表明,复合纳米银粒子后,制备的电极的电容特性和防腐性能与PANI相比有较大的提高。
3.采用一步反胶束法分别合成硝酸(HNO3)、对甲苯磺酸(TSA)和5-磺基水杨酸(SSA)掺杂的Ag/PANI纳米复合材料。酸掺杂对复合材料的电导率具有较大影响,对甲苯磺酸掺杂的Ag/PANI纳米复合材料的电导率最高,达到215.14S/cm。